Химическое воздействие мобильной сельскохозяйственной Техники на природную среду

Загрязнение атмосферы отработанными газами, парами ГСМ, антифризом, тормозной жидкостью, сажей

Загрязнение почвы и воды ГСМ, антифризом, тормозной жидкостью, сажей

Загрязнение водоемов (эвтрофирование)

Накопление в воздухе, водоема и почве токсичных веществ

Загрязнение грунтовых вод

Накопление в продуктах питания растительного и животного происхождения вредных веществ, в том числе канцерогенов

Угнетение (гибель) животных, микроорганизмов и растений

Рисунок 8.2 Химическое воздействие мобильной сельскохозяйственной

техники на природную среду

В России около 10% пашни уплотнено слабо, 50% – средне, 40% – сильно. Оптимальная плотность почвы (объемная масса – ОМ) составляет 1,1 г/см³. высокая плотность почвы характерна для почв с невысоким содержанием гумуса – от 1,3 до 1,6 г/см³. Под воздействием ходовых систем применяемой техники плотность например суглинистых почв, оптимальное значение которой составляет 1,0 … 1,2 г/см³, повышается в пахотном слое на 0,1 – 0,3 г/см³ и более достигая 1,35 … 1,7 г/см³, а ОМ нижних горизонтов почвы с плотным сложением составляют 1,6 – 1,8 г/см³ .

Большинство сельскохозяйственных растений отрицательно реагирует как на излишне рыхлое, так и избыточно плотное состояние почв, а максимальную продуктивность проявляет при оптимальной плотности (таблица 8.1)

Таблица 8.1 Оптимальная плотность сложения почвы

d₀ (г/см³) для сельскохозяйственных культур

Почвы	Сельскохозяйственные культуры
	Яровая пшеница, овес, просо, ячмень	Кукуруза	сахарная свекла	картофель
Дерново-подзолистые тяжелосуглинистые	1,1-1,3	1,1-1,3	1,2-1,4	1,0-1,1
Черноземы выщелоченные тяжелосуглинистые	1,2-1,3	1,2-1,3	1,10-1,2	0,9-1,1
Черноземы обыкновенные тяжелосуглинистые	1,1-1,2	1,2-1,3	-	0,9-1,1
Каштановые тяжелосуглинистые	1,3	1,2-1,3	1-1,1	-

Чтобы поддерживать плотность почвы близкую к оптимальной, необходимо соблюдать допустимое давление на почву, которое зависит от влажности. Чем выше влажность почвы, тем, при прочих равных условиях, должно быть меньше допустимое давление. Например, на серых лесных тяжелосуглинистых почвах при влажности слоя почвы 0-20 см - 26 и 32 % допустимое давление -80-90 и 40-50 кПа (килопаскаль), а на черноземе типичном тяжелосуглинистом при влажности пахотного слоя 31, 26 и 21% -допустимое давление должно составлять соответственно 40-60, 80-100 и 120 кПа. Поэтому лучше использовать гусеничные движители или колесные с эластичными шинами, максимальное давление которых на почву находится в пределах нормы (таблица 8.2)

Фактическое давление оказываемое на почву:

1. гусеничные трактора – 0,6 – 0,8 кг/см²;

2. колесные трактора – 0,85 – 1,65 кг/см²;

3. зерноуборочные комбайнов – 1,8 – 2,4 кг/см² ;

4. тяжёлых грузовых машин с прицепами – 3,0 – 4,0 кг/см².

При этом ОМ при исходной 1,1 г/см³ после прохода техники повышается до следующих показателей:

1. гусеничные трактора – 1,4 г/см³;

2. колесные трактора типа К – 700, Т – 150К – 1,8 г/см³;

3. тяжёлые грузовые машины и колесные трактора (К – 700) с прицепами (с грузом) – 2,2 г/см³.

Таблица 8.2 Допустимые уровни максимального давления на почву и нормального напряжения в почве (Денисов В.В. и др., 2002)

Влажность почвы в долях от наименьшей влагоёмкости, НВ	Максимальное давление на почву колесного и гусеничного движителей, кПа, не более		Нормальное напряжение в почве на глубине 0,5 м, кПа, не более
	весенний период	летнее – осенний период	весенний период	летнее – осенний период
> 0,9	80	100	25	30
0,7 – 0,9	100	120	25	30
0,6 – 0,7	120	140	30	35
0,5 – 0,6	150	180	35	45
≤ 0,5	180	210	35	50

Также уплотнение почв ведет к существенному увеличению её удельного сопротивления при последующей обработке почв. Оно соответствует усилию затрачиваемому на подрезание пласта, его оборот, трение почвы о рабочую поверхность орудия.

Например при вспашке после предварительного прохода по полю соответствующей техники увеличение удельного сопротивления почвы, % наблюдается после прохода:

1. гусеничного трактора на 16 – 25%;

2. тяжелого колесного трактора на 44 – 65%;

3. транспортные перевозки с использованием дополнительных прицепов на 78 – 90%.

Из–за увеличения сопротивления почвы существенно возрастает перерасход топлива. При переуплотнении ухудшается крошение почвы. Пашня становится глыбистой, что приводит к неравномерной заделке семян, снижению их полевой всхожести, а в итоге к значительному недобору урожая.

Уплотненные почвы оказывают большое сопротивление проникновению в них корневых систем растений, в таких почвах ухудшается водно – воздушный и питательный режимы, развиваются эрозионные процессы.

Повышение плотности почвы на 0,1 г/см³ приводит к недобору 6 … 8% урожая. Общие потери урожая, обусловленные уплотнением почвы, например, на черноземных почвах достигают 45% в год.

Результаты модельных опытов показали, что при однократном уплотнения поверхности поля тракторами МТЗ, ДТ – 75 и Т – 74 урожаи озимых и яровых зерновых, а также кормовых культур снижается на 8%; Т – 150 – на 16, К – 700, К – 701 – на 19%. При 2 – или 5– кратных проходах этих машин потери урожая составляют 16, 22 и 27% соответственно.

В исследованиях выполненных Шариповым Р.М. (1997) в условиях выщелоченных черноземов южной лесостепи Предуралья Башкортостана были получены следующие данные по снижению урожайности яровой пшеницы (таблица 8.3).

Таблица 8.3 Влияние марки и числа проходов тракторов на

урожайность яровой пшеницы, ц/га

Марка трактора	Число проходов	Годы			Среднее за 3 года
		1988	1989	1990
Контроль	0	19,5	16,4	23,6	19,8
МТЗ – 80	1	17,1	15,7	20,5	17,7
	2	16,8	15,2	18,3	16,8
ДТ – 75М	1	18,1	15,9	19,9	18,0
	2	17,5	15,5	20,0	17,7
Т – 150К	1	16,4	15,3	18,1	16,6
	2	15,7	14,6	16,9	15,7
К – 700	1	15,9	15,5	17,0	16,1
	2	15,1	14,5	16,5	15,4
НСР05		0,97	1,1	0,74

Примечание: уплотнение в 1 и 2 следа проводили путем сплошного покрытия поверхности почвы следами тракторов. Для создания посевного слоя после уплотнения почвы проводилась культивация на глубину 6 – 8 см.

Важнейшие технологические показатели затрат на обработку почвы обусловлены ее твердостью и уплотненностью. Твердость почвы τ_п (ньютон/см²) зависит от влажности W(%) и плотности сложения d (г/см³) и может быть определена по эмпирическому уравнению (Русланов В.А.,1998):

τ_п = 102*d+22,4*W-11,4 (1)

Уплотненность почвы u_п (%) находится по квадратичному уравнению:

u_п = 90,5 – 0,29*С_ч +0,0095 *С_ч² – 0,139*Г (2)

где С_ч – содержание глинистых частиц в почве, %; Г – содержание гумуса в почве в %.

Уравнение (2) справедливо в диапазоне: 1 < Г < 11.

Последствием уплотнения почвы является увеличение ее удельного сопротивления. При вспашке, например, гусеничными и тяжелыми колесными тракторами ( К -700, Т-150К) увеличение удельного сопротивления составляет соответственно 16-25 и 44-65 % (Курочкин К.И., 1989), что приводит к существенному перерасходу топлива. С увеличением уплотнения на 0,1 г/см³ содержание недоступной растениям влаги возрастает на 10%.

Недобор урожая ΔУ(%) в зависимости от числа проходов техники по одному следу оценивается по уравнению (Русанов В.А., 1998):

ΔУ= 9,9 - 0,181*[ С_ч*Т^-1,28 – ln(n+1)] (3)

где С_ч – содержание глинистых частиц в почве, %; Т—время в годах (Т=1,2...); n –число проходов техники по одному следу (n=1,2,3...)

Недобор урожая ΔУ (ц/га) при повышении плотности сложения почвы в пахотном слое (0-20см) и подпахотном (20-40 см) горизонтах определяется по уравнению:

ΔУ = У_м *{(С_п * [d_n - d_o]^R + *(С_пп * [d_nn - d_o] ^R} (4)

где У_м – максимальный урожай в ц/га, получаемый при условии, что d_n= d_nn= d_o; d_nи d_nn – соответственно плотность сложения в слое почвы 0-20 и 20-40см (г/см³); d_o - оптимальная плотность сложения почвы, г/см³; С_п и С_пп - показатели, зависящие от содержания глинистых частиц в почве, г/см³: С_п =2,1 и С_пп=1,4 г/см³ для зерновых и зернобобовых культур; С_п =1,5 и С_пп=0,9 г/см³ для пропашных культур; R =1,85 – зерновые и зернобобовые культуры; R =1,6 – пропашные культуры.

Пример. Требуется определить твердость и уплотненность серой лесной тяжелосуглинистой почвы и недобор урожая в результате переуплотнения ее сельскохозяйственной техникой при возделывании кукурузы на силос.

Исходные данные. Максимальная урожайность кукурузы на силос – 400 ц/га, оптимальная плотность сложения почвы -1,3 г/см³; влажность в слое почвы 0-20 см -31%, содержание глинистых частиц в почве -41%;содержание гумуса в почве 3,1%.

Решение.

1. С учетом исходных данных по формуле (1) определяем твердость почвы: τ_п = 692,5 н/см².

2. По формуле (2) находим уплотненность серой лесной почвы: u_п = 94,2%

3. По формуле (3) устанавливаем недобор урожая силосной массы кукурузы (%) в зависимости от трех проходов техники и орудий по одному следу (n=3) при Т=1год: ΔУ =2,7%.

4. Находим по формуле (4) недобор урожая силосной массы кукурузы (ц/га) при переуплотнении пахотного ( до 1,35 г/см³ ) и подпахотного ( до 1,4 г/см³ ) горизонтов серой лесной тяжелосуглинистой почвы, который составляет 15 ц/га.

Меры по снижению уплотнения почвы включают:

1. Организационно – технологические мероприятия, – которые предусматривают разработку и внедрение технологий возделывания культур с минимальным проходом по полям тяжёлой колёсной техники (совмещение операций). Это особенно актуально при возделывании технических культур, картофеля и овощей, когда почва испытывает наибольшую нагрузку как в процессе посева (посадки) и ухода за культурами, так и при их уборке;

2. Агротехнические приемы по повышению устойчивости почв к уплотнению и их разуплотнению путём повышения окультуривания почв и повышения содержания в них гумуса. Для разуплотнения почв применяют рыхление, в том числе с активными рабочими органами (фреза и др.), пахотного и подпахотного слоев (чизели, глубокорыхлители). Сочетание рыхления с внесением органических удобрений, введения в севооборот сидеральных культур приводит к значительному снижению негативных последствий машинной деградации почв;

3. Совершенствование сельскохозяйственной техники, её ходовых систем с доведением давления на почву до допустимых значений. На полях должны работать только такие механизмы, давление движителей которых на почву не превышает 0,1 МПа, т.е. 1 кг/см².

Поэтому лучше использовать гусеничные движители или колёсные с эластичными шинами, давление которых на почву составляет соответственно 80 … 100 и 30 … 60 кПа.

Использование современной сельскохозяйственной техники приводит к загрязнению окружающей среды, в том числе и почвы. Это связано с использованием в качестве топлива нефтепродуктов, доля которых в сельскохозяйственном секторе России составляет около 40% их общего потребления.

Выбросы отработанных газов из низкорасположенных выхлопных труб вызывают такое загрязнение окружающей среды, которое можно сравнить с воздействием на атмосферу крупных промышленных предприятий (это объясняется особенностями загрязнения приземного слоя).